物理奥验教学示范中心 大学物理实验 光的等厚干涉 杭州电手科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 1 大学物理实验 光的等厚干涉
物理实验教学示范中心 引言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 问题与讨论 杭州电乎科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 2 引言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 问题与讨论
物理实验敛堂示范中心 引言 牛顿环是牛顿在1675年制作天文望远镜时，偶 然将一个望远镜的物镜放在平板玻璃上发现的。牛 顿环是一种典型的等厚干涉，是分振幅法产生的定 域干涉。利用它检验一些光学元件的球面度、平面 度、光洁度缺陷以及机械零件的内应力分布等，在 科学研究、工业生产检测技术中具有广泛的用途。 3 杭州电子科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 3 牛顿环是牛顿在1675年制作天文望远镜时，偶 然将一个望远镜的物镜放在平板玻璃上发现的。牛 顿环是一种典型的等厚干涉，是分振幅法产生的定 域干涉。利用它检验一些光学元件的球面度、平面 度、光洁度缺陷以及机械零件的内应力分布等，在 科学研究、工业生产检测技术中具有广泛的用途。 引 言
物理实验煞单示范中心 实验目的 1、加深对光的等厚干涉原理的理解。 2、观察和研究等厚干涉现象及其特点。 3、练习用干涉法测量透镜的曲率半径、 微小直径（或厚度)。 4.*设计用干涉法测量液体的折射率。 杭州电乎科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 4 1、加深对光的等厚干涉原理的理解。 2、观察和研究等厚干涉现象及其特点。 3、练习用干涉法测量透镜的曲率半径、 微小直径（或厚度）。 4.* 设计用干涉法测量液体的折射率。 实验目的
物理奥验煞学示萸中化 实验原理 利用透明薄膜上下两表面对入射光的依次反 射，入射光的振幅将被分解成有一定光程差的几 个部分。若两束反射光相遇时的光程差取决于产 生反射光的透明薄膜厚度，则同一干涉条纹所对 应的薄膜厚度相同，这就是等厚干涉。牛顿环和 劈尖干涉都是典型的等厚干涉。 5 杭州电子科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 5 利用透明薄膜上下两表面对入射光的依次反 射，入射光的振幅将被分解成有一定光程差的几 个部分。若两束反射光相遇时的光程差取决于产 生反射光的透明薄膜厚度，则同一干涉条纹所对 应的薄膜厚度相同，这就是等厚干涉。牛顿环和 劈尖干涉都是典型的等厚干涉。 实验原理
物理实验敛堂示范中心 1.牛顿环 将一块平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻 璃上，因而在它们之间形成以接触点O为中心向四 周逐渐增厚的空气薄膜，离O点等距离处厚度相同。 如图1(a)所示。当光垂直入射时，其中有一部分 光线在空气膜的上表面反射，一部分在空气膜的下 表面反射，因此产生两束具有一定光程差的相干光， 当它们相遇后就产生干涉现象。由于空气膜厚度相 等处是以接触点为圆心的同心圆，即以接触点为圆 心的同一圆周上各点的光程差相等，故干涉条纹是 一系列以接触点为圆心的明暗相间的同心圆，如图 1(b)所示。这种干涉现象称为牛顿环。 杭州电乎科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 6 1．牛顿环 将一块平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻 璃上，因而在它们之间形成以接触点O为中心向四 周逐渐增厚的空气薄膜，离O点等距离处厚度相同。 如图1（a）所示。当光垂直入射时，其中有一部分 光线在空气膜的上表面反射，一部分在空气膜的下 表面反射，因此产生两束具有一定光程差的相干光， 当它们相遇后就产生干涉现象。由于空气膜厚度相 等处是以接触点为圆心的同心圆，即以接触点为圆 心的同一圆周上各点的光程差相等，故干涉条纹是 一系列以接触点为圆心的明暗相间的同心圆，如图 1（b）所示。这种干涉现象称为牛顿环
物理奥验煞学示萸中化 n D (a (6) 图1牛顿环及其形成的光路示意图 由光路分析可知，与k级条纹对应的两 束相干光的光程差为 6.=2e+2 杭州电子科技大
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 7 由光路分析可知，与k级条纹对应的两 束相干光的光程差为 2 2 k = e + （1）
物理实验煞单示范中心 由图1可知 R2=r2+(R-e)} 简化上式，并由于e《R,略去二级小量e得 r2 e= (2) 2R 将(2)式代入(1)式得 (3) R 8 杭州电乎科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 8 由图1可知 ( ) 2 2 2 R = r + R − e 简化上式，并由于e ≪ R，略去二级小量e 2得 R r e 2 2 = （2） 将(2)式代入(1)式得 2 2 = + R r k （3）
物理实验煞单示范中心 由干涉条件可知，当干涉条纹是暗条纹时 8R+2+月 于是得r2=kR2 (k=0,1,2, (4) 由(4)式可知，若入射光波长)已知，测 出各级暗环的半径，则可算出曲率半径R。 9 杭州电子科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 9 由干涉条件可知，当干涉条纹是暗条纹时 ( ) 2 2 1 2 2 = + = k + R r k 于是得 r = kR 2 (k = 0,1,2, ) （4） 由（4）式可知，若入射光波长已知，测 出各级暗环的半径，则可算出曲率半径R
物理实验敦堂示范中心 但实际观察牛顿环时发现，牛顿环的中心不是理 想的一个接触点，而是一个不甚清晰的暗或亮的 圆斑。其原因是透镜与平玻璃板接触处，由于接 触压力引起形变，使接触处为一圆面；又因镜面 上可能有尘埃存在，从而引起附加的光程差。设 由以上引入的附加厚度为a,则r2=kR±2Ra 因此用两个暗环的半径r和r的平方差来计算R, 则可消除附加程差引入的误差。由上式可得： R (m-n2 10 杭州电乎科技大学
杭州电子科技大学 物理实验教学示范中心 10 但实际观察牛顿环时发现，牛顿环的中心不是理 想的一个接触点，而是一个不甚清晰的暗或亮的 圆斑。其原因是透镜与平玻璃板接触处，由于接 触压力引起形变，使接触处为一圆面；又因镜面 上可能有尘埃存在，从而引起附加的光程差。设 由以上引入的附加厚度为a，则 因此用两个暗环的半径rm和rn的平方差来计算R， 则可消除附加程差引入的误差。由上式可得： ( ) 2 2 m n r r R m n − − = r k R 2Ra 2 =